基于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的閥門執(zhí)行器
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2.2 通信環(huán)路
如前所述，一般工業(yè)現(xiàn)場中的閥門或執(zhí)行器與控制室之間傳輸信號所需的接線非常復(fù)雜，安裝與維修都很困難，費用也很高。而閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中使用的兩線或三線電纜既安裝簡單、維修方便、工作效率高，又成本低、節(jié)省費用。特別是系統(tǒng)中所有閥門或執(zhí)行器用這種電纜一臺一臺串接起來后形成一條閉合的環(huán)路時，每臺閥門或執(zhí)行器都能從環(huán)路的兩個方向與主控站進行信息和數(shù)據(jù)的交換，相當又給系統(tǒng)增加了一條冗余通信路徑。
系統(tǒng)運行期間，除了正常的工作之外，環(huán)路電纜不停地被掃描查詢，以確定其是否完整。若通訊環(huán)路完整無損，主控站將依過程控制的需要通過環(huán)路電纜向現(xiàn)場單元發(fā)送控制命令，同時接受現(xiàn)場單元發(fā)回的工作狀態(tài)信息。當然，所有現(xiàn)場單元都已預(yù)先設(shè)置好了地址并隨時準備接受命令和接受查詢。一般情況下，主控站要發(fā)數(shù)次命令。每發(fā)一次命令，都要接收到被詢址現(xiàn)場單元的應(yīng)答一次。否則，系統(tǒng)將按環(huán)路故障進行處理。現(xiàn)場單元的應(yīng)答時間則由現(xiàn)場單元的數(shù)量以及環(huán)路距離所決定。
通信環(huán)路一旦斷開，在環(huán)路斷點一側(cè)的現(xiàn)場單元將會自動地形成各自一側(cè)完整的環(huán)路，繼續(xù)保持主控站與所有現(xiàn)場單元之間的通信。圖4為幾種常見的環(huán)路故障。圖5則是系統(tǒng)正常工作時和環(huán)路斷開后兩種方式的工作原理示意圖。
環(huán)路斷開后，主控站首先通過端口A向與其連接的第一臺現(xiàn)場單元發(fā)送命令，同時接收該現(xiàn)場單元的應(yīng)答。然后再向第二臺現(xiàn)場單元發(fā)送命令，同時也接收這臺現(xiàn)場單元的應(yīng)答。這樣，發(fā)送命令，接收應(yīng)答，連接現(xiàn)場單元的環(huán)路一步步擴大，直到環(huán)路斷點處不能再繼續(xù)下去為止。與此同時，主控站也通過端口B向相反方向的現(xiàn)場單元發(fā)送命令并接收應(yīng)答，直到斷點前的現(xiàn)場單元。用這種方法，主控站不僅從環(huán)路兩個方向確定了斷點位置，也確定了斷點兩端現(xiàn)場單元自行構(gòu)成的返回路徑，從而保證所有現(xiàn)場單元與主控站之間的通信工作始終不被中斷。
作為環(huán)路故障檢查的必要手段，主控站一般要重復(fù)進行檢查。即不斷地發(fā)出命令，接收應(yīng)答。在正常情況下，從端口A發(fā)出命令，再由端口B接收應(yīng)答。
2.3 現(xiàn)場單元
閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場單元是根據(jù)閥門或執(zhí)行器的特殊要求專門設(shè)計的Smart控制器，結(jié)構(gòu)為單機架裝方式或執(zhí)行器整體方式。但不管是哪種結(jié)構(gòu)方式，它總是和閥門或執(zhí)行器作為智能化或半智能化的裝置來使用的。
通常，半智能化的現(xiàn)場單元僅僅是主控站的一個分散的I/O口。在系統(tǒng)中，它接受主控站的控制命令，對閥門或執(zhí)行器進行一系列的操作，同時將閥門或執(zhí)行器上的工作狀態(tài)和其它信息反饋給主控站，供系統(tǒng)采集、記錄、顯示和控制使用。
智能化現(xiàn)場單元除可與主控站通過環(huán)路進行信息和數(shù)據(jù)通信并根據(jù)主控站命令工作外，還可單獨與閥門或執(zhí)行器構(gòu)成回路，為工業(yè)過程提供閥門定位、邏輯控制、批量操作、PID調(diào)節(jié)以及多回路運行等多種能力，對位置、流量、壓力和液面進行更為豐富和精確的控制。
無論是智能化還是半智能化的，也無論是架裝式還是整體式的，這些現(xiàn)場單元都具有閥門或執(zhí)行器操作所需要的特殊功能，其中包括：
過力矩保護-在閥門或執(zhí)行器發(fā)生堵轉(zhuǎn)或出力超過限定值時，可自動地切斷電源停止運行。
電機過熱保護-電機繞組中埋有熱敏元件，在由于超載使電機過熱時發(fā)出信號，然后由保護電路自動切斷電源使電機停轉(zhuǎn)。
斷信號保護-無論是在輸入信號還是位置信號消失或超量程時，執(zhí)行器都可自動地轉(zhuǎn)入事先預(yù)置的安全工作狀態(tài)，或由閉環(huán)控制轉(zhuǎn)入開環(huán)控制。信號正常后，執(zhí)行器可自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)。
遙控與本機手操-通過按紐進行閥門的“開”、“關(guān)”、“?！辈僮骱途o急關(guān)閉操作。
故障顯示和報警-通過自診斷，可在萬一發(fā)生故障或工作不正常時自動發(fā)出聲光報警信號并及時顯示故障內(nèi)容。
由于是在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境條件下使用，現(xiàn)場單元均采用了高可靠性器件、表面封裝技術(shù)、堅固的雙層密封外殼，特殊的軟硬件抗干擾技術(shù)等措施來保證其能長期安全可靠地工作。
3、總線形式和通信協(xié)議
在閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，維持系統(tǒng)高效而有秩序工作的是系統(tǒng)通信所使用的各種現(xiàn)場總線協(xié)議。
在國際性現(xiàn)場總線標準沒有完全統(tǒng)一之前，閥門或執(zhí)行器專業(yè)公司出于自身的利益，開發(fā)了各自的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
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